Abwasser kann sauberes Wasser als Quelle für die Wasserstoffproduktion ersetzen, wodurch ein großer Nachteil von Wasserstoff als Kraftstoff beseitigt und die Kosten für die Wasseraufbereitung um bis zu 47 % gesenkt werden, wie aus einer neuen Studie von Princeton Engineering hervorgeht.
Die Ergebnisse, die am 24. September in der Fachzeitschrift Water Research veröffentlicht wurden , sind ein Schritt in Richtung der praktischen Nutzung von Wasserstoff zur Dekarbonisierung schwer elektrifizierbarer Industrien wie der Stahl- und Düngemittelproduktion.
Z. Jason Ren , der leitende Autor der Studie, erklärte, dass die derzeitige elektrolytische Wasserstoffproduktion große Mengen an sauberem Wasser benötige, was die Kosten erhöhe und die lokalen Wasservorräte belaste. Sein Forschungsteam wollte herausfinden, ob aufbereitetes Wasser aus Kläranlagen als Ersatz dienen könne.
„Die Wasserstoffinfrastruktur konkurriert im Allgemeinen mit der lokalen Frischwassernutzung“, sagte Ren, Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen und am Andlinger Center for Energy and the Environment . „Aber jede Stadt hat eine Kläranlage, und das ist eine sehr verteilte Wasserquelle für die Wasserstoffwirtschaft.“
Die Herstellung von Wasserstoff mit erneuerbarer Energie, auch als grüner Wasserstoff bekannt, basiert auf der Elektrolyse, bei der Wasser in Wasserstoff- und Sauerstoffgas aufgespalten wird. Das Wasser fließt in einen Elektrolyseur, wo elektrischer Strom positiv geladene Wasserstoffionen (Protonen) von einer Anode über eine spezielle Membran zu einer Kathode bewegt, wo sich die Protonen mit Elektronen zu Wasserstoffgas verbinden.
Der Großteil des derzeit in den USA produzierten Wasserstoffs ist als blauer Wasserstoff bekannt. Dabei wird Erdgas als Energiequelle für den Prozess verwendet und zumindest ein Teil des entstehenden Kohlendioxids wird abgeschieden und unterirdisch gespeichert. Dadurch ist blauer Wasserstoff eine kohlenstoffärmere Energiequelle als die direkte Nutzung von Erdgas.
Die grüne Wasserstoffelektrolyse nutzt erneuerbaren Strom und erzeugt deutlich weniger Kohlenstoffemissionen. Sie erfordert jedoch in der Regel ultrareines Wasser, das durch die Aufbereitung von Leitungs- oder Grundwasser mit Verfahren wie der Umkehrosmose erzeugt wird, um Verunreinigungen zu entfernen, die die Elektrolyse beeinträchtigen könnten.
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Bumper DeJesusPrinceton University
Das Princeton-Team testete die Verwendung von aufbereitetem Abwasser anstelle von Leitungswasser, um den Reinigungsprozess zu umgehen. In diesem Szenario wird das Abwasser „wiedergewonnen“, d. h. so weit aufbereitet, dass es in Grundwasserleiter eingeleitet oder zur Bewässerung oder industriellen Kühlung verwendet werden kann.
Die Methode sei bereits zuvor erprobt worden, habe aber in der Regel nach kurzer Zeit versagt, sagte Ren. Um die Ursache für das Versagen herauszufinden, führte Lin Du, ein Doktorand in Rens Labor, sorgfältig geplante Diagnoseexperimente in einem Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyseur durch – der gleichen Technologie, die derzeit kommerziell für ultrareines Wasser eingesetzt wird.
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